ČASOPIS ČESKÉHO TUNELÁŘSKÉHO KOMITÉTU A SLOVENSKEJ TUNELÁRSKEJ ASOCIÁCIE ITA/AITES
PODZEMNÍ STAVBY (VÝVOJ, VÝZKUM, NAVRHOVÁNÍ, REALIZACE)
MAGAZINE OF THE CZECH TUNNELLING COMMITTEE AND SLOVAK TUNNELLING ASSOCIATION ITA/AITES
UNDERGROUND CONSTRUCTION (DEVELOPMENT, RESEARCH, DESIGN, REALIZATION)
DEAR COLLEAGUES,
DEAR READERS OF THE TUNEL MAGAZINE, I believe you will agree with me that the Tunel magazine in some way acts as a "mirror" of the underground engineering in the Czech Republic as well as Slovakia, and as such it reflects its current spirit. And because the magazine has been engaged in this field for already thirteen years, we are ulti- mately able to compare here how the underground engineer- ing looked in recent past and how it looks today.
Such comparison inherently belongs to human life, and is therefore also a part of every profession and professional activity. Generally, a level achieved in the past is to be compared with the level prevailing today. But also geographical factors can be compared, such as levels of that particular location, region or state compared with European or global standards.
Every professional activity can be performed well or poorly, in a professional or amateur way, primitively or using highly sophisticated equipment. Every com- parison should answer the question whether we remain motionless from the viewpoint of workmanship, efficiency or effectiveness, or submit evidence that we pursue an ascending curve that represents positive development - progress as part of history of the human civilization.
From this point of view I would like to express a strong belief that the Czech tun- neling has made a formidable progress since the beginning of the nineties, and I am proud that the joint-stock company Metrostav, its Division 5 and its pro- fessionals have significantly contributed to this progress. It is mainly connected to implementation and mastering of modern tunneling techniques, such as the New Austrian Tunneling Method. It was necessary to lay personal as well as material foundations for its professional application - to train technicians and workers and to equip them with machines and devices that correspond to the existing European and global level.
Metrostav has succeeded in all of that, and we can state with satisfaction that, using these technologies, we are able to realize ever more challenging tunnels.
Since the beginnings with single-track tunnels and the first double-track tunnel built on the IVB line of the Prague subway, we have come to the currently most challenging underground works in the Czech Republic, such as the Mrázovka tunnel on the Prague City Ring Road or the single-bay station Kobylisy on the IVC1 line section of the Prague subway. I am convinced - and opinions of for- eign professionals confirm it, that a duly European level has been achieved at these structures.
I also venture to say that, beside the acquired experience which is part of our employees' know-how, our possession of modern equipment sets allows to us offer the investors fast and effective realization of all kind of underground struc- tures. I strongly believe that the Panenská tunnel, realized on the D8 motorway in the Krušné Mountains, or the Valík tunnel on the D5 motorway near Pilsen clearly illustrate it.
Indeed, no progress could be achieved without a sound cooperation with our clients, engineering and designing organizations, external experts, as well as sub-contractors. To them I offer my sincere acknowledgment for this coopera- tion and for their role in renaissance of the Czech tunneling.
Dear colleagues, I am truly glad that I can share with you the delight of endur- ing progress and the existing level of the Czech underground engineering, and I wish us all that our daily efforts will contribute to continuation of this positive trend also in the future.
VÁŽENÍ KOLEGOVÉ,
VÁŽENÍ ČTENÁŘI ČASOPISU TUNEL,
určitě se mnou budete souhlasit, že časopis Tunel je mimo jiné i "zrcadlem" podzemního stavitelství v České a Slovenské republice a jako každé zrcadlo odráží jeho současnou tvář.
A protože časopis se této problematice věnuje již třináctým rokem, můžeme zde rozhodně porovnávat, jak vypadalo pod- zemní stavitelství v nedávné historii a jaký je jeho stav dnes.
Takové srovnávání patří neodmyslitelně k lidskému životu, a je tudíž i součástí každé profese a profesní činnosti. Obec- ně je porovnávána úroveň dosažená v minulosti s úrovní
dosahovanou dnes. Poměřovat lze ale také podle geografických měřítek, když se srovnává úroveň konkrétního místa, regionu nebo státu s evropskými či světovými standardy.
Každá profesní činnost může být vykonávána dobře nebo špatně, profesionál- ně nebo amatérsky, primitivně nebo s vysoce sofistikovaným vybavením. Veš- keré srovnávání a poměřování nám má odpovědět na otázku, zda nestojíme na místě z hlediska odbornosti, výkonnosti či efektivnosti, ale především má poskytnout důkazy o tom, že se nacházíme na vzestupné křivce znamenající pozitivní vývoj – pokrok, jakožto součást historie lidské civilizace.
Z tohoto pohledu chci vyjádřit přesvědčení, že české tunelářství udělalo od počátku 90. let ohromný pokrok a jsem hrdý, že akciová společnost Metro- stav, její divize 5 a její odborníci k tomuto pokroku velmi výrazně přispěli.
Souvisí to především se zavedením a zvládnutím moderních tunelářských postupů, jako je Nová rakouská tunelovací metoda. Pro její profesionální apli- kaci bylo nutné vytvořit personální i materiální předpoklady – připravit tech- niky i dělníky a vybavit je stroji a zařízeními, které odpovídají dnešní evrop- ské a světové úrovni.
To všechno se Metrostavu podařilo a s potěšením můžeme konstatovat, že s pomocí této technologie jsme schopni provádět stále náročnější tunely. Od začátků na jednokolejných tunelech a prvním dvojkolejném tunelu na trase IVB pražského metra jsme dospěli až k dosud nejnáročnějším podzemním dílům v České republice, jako jsou tunel Mrázovka na pražském městském automobilovém okruhu a jednolodní stanice Kobylisy na trase IVC1 pražského metra. Jsem přesvědčen – a potvrzují to i názory zahraničních odborníků, že na těchto stavbách bylo dosaženo skutečně evropské úrovně.
Rovněž si dovolím konstatovat, že vedle získaných zkušeností, které jsou sou- částí know-how našich zaměstnanců, umožňuje naše vybavenost moderními strojními sestavami nabízet investorům rychlou a efektivní realizaci všech druhů podzemních staveb. Pevně věřím, že tunel Panenská realizovaný na dál- nici D8 v Krušných horách nebo tunel Valík na dálnici D5 u Plzně budou toho jasným příkladem.
Pokrok by samozřejmě nebyl možný bez dobré spolupráce s našimi zákazníky, inženýrskými a projekčními organizacemi, externími experty a dalšími doda- vateli. Jim patří můj velký dík za tuto spolupráci i za jejich podíl na renesanci českého tunelářství.
Vážení kolegové, jsem skutečně potěšen, že s vámi mohu sdílet radost z trva- lého pokroku a současné úrovně českého podzemního stavitelství, a přeji nám všem, abychom každodenním úsilím přispěli k tomu, že tento pozitivní trend bude pokračovat i v budoucnosti.
Ing. Václav Soukup ředitel divize 5, Metrostav, a. s.
Managing director of Division 5, Metrostav, a. s.
VÝSTAVBA TUNELŮ PANENSKÁ NA DÁLNICI D8
PANENSKA TUNNEL TUBES EXCAVATION ON D8 HIGHWAY
ING. JAN KVAŠ, ING. MILOSLAV NOVOTNÝ, METROSTAV, a. s., DIVIZE 5
ÚVOD
V České republice pokračuje výstavba dálnice D8 z Prahy přes Ústí n. L. ke stát- ní hranici ČR/SRN. Dálnice je součástí IV. Evropského multimodálního doprav- ního koridoru Berlín - Praha - Bratislava -Budapešť -Sofie -Istanbul. Dálnice D8 je dlouhá 92 km a v současné době jsou v provozu její dva úseky - úsek Řeh- lovice - Ústí nad Labem dlouhý asi 7 km a novější 45 km dlouhý úsek Praha - Lovosice.
Zatímco úsek dálnice D8 přes České středohoří, zahrnující tunely Radejčín (dl.
620 m) a Prackovice (dl. 270 m), je stále ještě ve stadiu přípravy a projedná- vání, na úseku Ústí nad Labem - st. hranice ČR/SRN se již intenzivně pracuje.
Zde jsou také dva tunely - Libouchec (dl. LTT 535 m, PTT 454 m) a Panenská (dl. LTT 2058 m, PTT 2030 m). Stavba tunelu Panenská probíhá již od 21. 7.
2003, jeho ražba byla zahájena 1. 9. 2003.
Na hranici s Německem se D8 napojí na budovanou dálnici A17, která pomo- cí tunelů Coschütz (dl. 2332 m), Dölzschen (dl. 1070 m) a Altfranken (dl. 345 m) projde západním okrajem Drážďan.
POPIS TRASY D8 PŘES KRUŠNÉ HORY
Trasa od Ústí nad Labem ke státní hranici se dělí na dvě části. Část 0807/I pro- chází nejprve územím poznamenaným intenzivní průmyslovou činností a posléze stoupá podél paty krušnohorského masivu až k obci Knínice. Zde začíná část 0807/II, ve které dálnice překonává vlastní Krušné hory.
Část 0807/II je rozdělena na 5 staveb. Jako první byla realizována stavba J, která obsahovala provedení průzkumných štol pro tunel Panenská.
Stavba E - Most Knínice navazuje na část 0807/I a dálnice zde po železobeto- nové mostní estakádě délky přes 1000 m stoupá přes tzv. Knínické terasy, aby v následující části F - Tunel Libouchec prošla pomocí úbočního tunelu délky cca 500 m svahem nad horní částí obce Libouchec. Vedení trasy v tunelu zde chrání obec před vlivy provozu dálnice a současně chrání krajinu před naru- šením mohutným zářezem. Za severním portálem tunelu Libouchec pokračuje stavba F již v pohledově méně exponovaném prostoru krátkým zářezem a následně přes most Panenská (dl. 266 m) překonává zalesněné údolí Jílov- ského potoka.
Následuje stavba G - Tunel Panenská, ve které dálnice vystoupá na náhorní plošinu Krušných hor. Stavba zahrnuje 2970 m dálnice. Navazuje na severní opěru mostu Panenská a po 140 m v zářezu začíná jižním portálem tunel Panenská (v nadmořské výšce 563 m n. m.). Po přibližně 2000 m vyjíždí dálni- ce ze severního portálu tunelu v nadmořské výšce 628 m n. m., pak následuje 300 m zářezu a dál pokračuje trasa přes zamokřené území k mimoúrovňové křižovatce Petrovice, za kterou stavba G končí. Rubanina z tunelů bude po eventuálním předrcení použita do násypů tělesa dálnice jak v části G, tak pře- devším v následující části H.
Stavba H - Trasa Petrovice - Hraniční most je posledním úsekem dálnice D8 na českém území. Zde dálnice dosahuje maximální nadmořské výšky 652 m n. m. Údolí potoků a terénní deprese (společně s ekologickými a kra- jinářskými aspekty) učinily z této stavby hlavně mostařskou stavbu zahr- nující, mimo další, tři velké mosty - 526 m dlouhý most přes Mordovou rokli, most pod Špičákem dlouhý 360 m a délka nejvyššího mostu přes Rybný potok je 355 m.
TUNEL PANENSKÁ – ZÁKLADNÍ ÚDAJE A GEOTECHNICKÉ PODMÍNKY
Pokud se týká geologie, je tunel Panenská ražen v prostředí tektonicky poru- šeného rulového krystalinika prostoupeného žilnými tělesy žulových porfyrů.
Vlastní výstavbě tunelů Panenská předcházel podrobný hydrogeologický prů- zkum včetně ražby dvou průzkumných štol ze severního a jižního portálu budoucího tunelu.
Průzkumné štoly se razily v profilu 24,5 m2na délku 150 m, po jejich doraže- ní bylo rozhodnuto na základě doporučení geotechnického monitoringu, ve kterém úseku bude profil díla rozšířen na velikost kaloty budoucího tune- lu v délce 40 m.
INTRODUCTION
The construction of the D8 highway from Prague via Ústí n. L. to the CR/FRG state border is in progress in the Czech Republic. The highway is part of the 4th European multi-modal traffic corridor connecting Berlin - Prague - Bratislava - Budapest - Sofia - Istanbul. Out of the total D8 highway length of 98 km, two sec- tions are currently operating, i.e. the Řehlovice - Ústí nad Labem section (about 7 km long) and the newer section from Prague to Lovosice (45 km).
While the highway section leading through the České Středohoří (Czech Hig- hland), comprising the Radejčín tunnel (620 m) and Prackovice tunnel (270 m), is still found in the planning and negotiation phase, the work on the section from Ústí nad Labem to the CR/FRG state border is progressing at a fast pace.
There are also tunnels within this section, namely the Libouchec tunnel (LTT 535 m, RTT 454 m long) and Panenská tunnel (LTT 2058 m, RTT 2030 m long). The construction work on the Panenská tunnel has been in progress since 21/7/2003, and the excavation started on 01/9/2003.
The D8 highway will join the A17 highway, being also under construction. The A17 highway will pass through the western outskirts of the city of Dresden, uti- lising three tunnels, i.e. Coschütz tunnel (2332 m), Dölzschen (1070 m) and Altf- ranken (345 m long).
D8 ROUTE OVER THE KRUŠNÉ MOUNTAINS
The route from Ústí nad Labem to the state border is divided into two sections. The section 0807/I leads via an area affected by massive industrialism, and then it rises along the foot of the Krušné Mountains massiv until Knínice village. The 0807/II section starts in this location, to continue across the Krušné Mountains proper.
The section 0807/II is divided into 5 construction lots. The construction lot J comprising the excavation of an exploration gallery for the Panenská tunnel will be built first.
The construction lot E, the Knínice Bridge, joins the section 0807/I. The highway in this location climbs up to get over Knínice terraces, using a reinforced conc- rete viaduct over 1000 m long. In the following section F (the Libouchec Tunnel) the alignment continues through a roughly 500 m long offspur tunnel along a slope rising above the upper part of Libouchec village. Placement of the align- ment into the tunnel protects the village from the highway traffic impact and, in the same time, protects the landscape from damage caused by excavation of a large open cut. The construction lot F starts behind the northern portal of the Libouchec tunnel by a short open cut, passing through an area exposed less in terms of the visual effect. The Panenská Bridge (266 m long) follows to overco- me a wooded valley of the Jílové brook.
The construction lot G - Tunnel Panenská is the next structure. The road climbs through this tunnel to reach the Krušné Mountains' plateau. The construction lot comprises 2970 m of the highway. It joins the northern abutment of the Panen- ská Bridge (at an altitude of 563 m a. s. l.). After approximately 2000 m, the high- way leaves the portal North at an altitude of 628 m a. s. l., then an open cut 300 m long follows, and the route continues further over a waterlogged area toward the grade separated intersection Petrovice, behind which the construction lot end is found. The muck from the tunnels will be used to the highway emban- kments (after improvement by crushing if needed), both in the section G and, above all, the following section H.
The construction lot H, i. e. the route Petrovice - Border Bridge, is the last secti- on of the D8 highway in the Czech territory. The highway reaches a maximum altitude in this section, 652 m a. s. l. Existence of valleys along streams and sur- face depressions (together with environmental and landscaping aspects) cau- sed that this construction lot became mainly a bridge-building matter. Apart from other structures, the lot contains three major bridges, i. e. the 526 m long bridge over Mordová Ravine, the 360 m long bridge under Špičák Mountain, and the highest bridge spanning the Rybný brook is 355 m long.
THE PANENSKÁ TUNNEL – BASIC DATA AND GEOTECHNICAL CONDITIONS
Regarding geology, the Panenská tunnel is driven through a tectonically distur- bed environment of a gneiss crystalline complex interpenetrated by granitic porphyry vein bodies. A detailed hydrogeological investigation including exca-
Geologický průzkum upřesnil předpoklady inženýrskogeologického průzkumu v předchozích stupních. Nepotvrdily se obavy hydrogeologů o výskytu rezer- voáru podzemní vody v příportálových úsecích ražeb. Výsledky byly použity ve fázi zpracovávání realizační dokumentace tunelů, kterou zpracovává jako generální projektant Valbek, spol. s r. o.
Při ražbě vlastních tunelů byly zastiženy pararuly a ortoruly. Biotitické pararuly jsou alterované, přičemž alterace vytvářejí několik metrů mocná, tvarově složi- tá a komplikovaná pásma podél poruch a významnějších puklin. Masiv je pro- stoupen systémem tektonických poruch, častý je výskyt ohlazů na puklinových plochách. Muskovit-biotitické ortoruly jsou kompaktní, pevné, středně rozpuka- né. Tato skladba geologie s sebou přináší nemalé obtíže zejména při dočišťo- vání výrubu po provedení trhacích prací, kdy po již zmiňovaných ohlazech a puklinových plochách dochází k "vyjíždění" relativně velkých bloků horniny.
Při ražbě se také prochází žilnými tělesy žulových porfyrů často omezených vůči okolnímu rulovému prostředí poruchovými zónami, na něž jsou vázány zvýšené přítoky podzemní vody do tunelu. V těchto místech je nutno důsled- ně odvádět průsakovou vodu, aby se zamezilo rozbřídání počvy tunelu, a tím k vyplavování částic železa obsaženého v hojné míře v těchto horninách. Slou- čeniny železa způsobují svou charakteristickou červeno-hnědou barvou kom- plikace při následném vypouštění čerpaných důlních vod do vodoteče.
Žulové porfyry jsou rovněž alterovány, hornina je sice pevná, ale "křehká", což spolu s vysokým stupněm rozpukání podmiňuje její drobně blokovitý až kost- kovitý rozpad, který znesnadňuje zejména práce související s vrtáním, což jsou trhací práce a systémové kotvení.
V průběhu ražby byly rovněž zastiženy vložky dalších horninových typů - peg- matitických rul, amfibolitů, lamprofyrů, dioritových porfyritů apod.
Průběžná dokumentace čeleb prováděná v rámci geotechnického monitoringu ukazuje, že geologická stavba území a kvalita horninového masivu z hlediska tunelování jsou dány zejména tektonickou stavbou rulového masivu poruše- ného strmými tektonickými poruchami často vyplněnými žulovým porfyrem.
Tyto struktury jsou doprovázeny zonální alterací a zvýšenými přítoky podzem- ní vody do tunelu.
Výruby jsou vystrojovány ve třídách NRTM 4.2 až 2.1. Těžší třídy vystrojení jsou vázány na tektonicky porušené úseky a na úseky procházející žilnými těle- sy granitových porfyrů.
V příportálové části byly skutečně zastižené geologické podmínky mírně příz- nivější než předpoklady projektanta. Naopak v dalším průběhu ražby se jeví předpoklady projektanta optimističtější než geologické poměry skutečně zasti- žené na čelbě.
ORGANIZACE VÝSTAVBY
Ražba tunelů je, z důvodu špatného přístupu na jižní portál a s ohledem na skutečnost, že je s vyraženou rubaninou po předrcení uvažováno do násypů na úsek dálnice směrem ke státní hranici, vedena úpadně ze severního portá- lu. S ohledem na smluvní termín realizace zakázky je při výstavbě tunelu pouze z jednoho portálu nutné dosahovat vysoké postupy (cca 150 m/měsíc) při plném souběhu prací (ražba kaloty, jádra, definitivní ostění). To přináší mimořádně vysoké nároky na organizaci výstavby, její technické, servisní a materiálové zabezpečení, ale i na lidské zdroje (v době největšího nasazení bude na stavbě pracovat ve čtyřsměnném provozu asi 270 dělníků a zhruba 30 techniků).
vation of two exploration galleries from both the northern and southern portal of the planned tunnel preceded the Panenská tunnel construction proper.
The cross section of the 150 m long exploration galleries was of 24.5 m2. When the excavation had been completed, a decision was made on the basis of the geotechnical monitoring recommendation regarding the placement of a 40 m long gallery section to be enlarged in the cross section to the size of the tunnel (to be built later) top heading.
Geological investigation refined assumptions adopted by the engineering geo- logical investigation carried out in the previous stages. The concerns of hydro- geologists about occurrence of a groundwater reservoir in the portal sections of the excavation were not confirmed. The results were utilised in the phase of ela- boration of the detailed design by Valbek spol. s r. o., the general designer.
Paragneiss and orthogneiss has been encountered in the course of the excava- tion of the tunnels proper. Biotite paragneiss is altered, while the alterations form several meters thick, complicated in shape and complex zones along faults and more significant cracks. The massif is interpenetrated by a system of tecto- nic faults, with frequent occurrence of slickensides on surfaces of discontinuiti- es. Muscovite-biotitic orthogneiss is compact, competent, and medium fractu- red. This geological composition is associated with significant problems, above all during the excavation scaling after blasting. Relatively large blocks of rock slide along the above-mentioned slickensides and discontinuity surfaces.
The excavation also passes through areas with granitic porphyry vein bodies, often separated from the neighbouring gneiss environment by fractured zones with increased inflows of ground water bound up with them. Percolation water had to be evacuated from these locations to prevent slaking of the tunnel bot- tom, thus to prevent outwashing of particles of iron contained in this types of rock. Iron compounds cause complications in subsequent discharging of pum- ped mine water to a watercourse due to their characteristic red-brown colour.
Granitic porphyrys are also altered. Although the rock is strong, it is "fragile".
This property, together with a high degree of fracturing, causes its finely blocky to dice-like disintegration, which makes work difficult, above all the drilling for blasting and systematic anchoring.
Interbeds of other rock types were also encountered during the excavation, i.e.
pegmatite gneiss, amphibole, lamprophyre, diorite porphyrites etc.
Continuous documentation of the headings maintained as a part of the geo- technical monitoring shows that the geological structure of the area, and the rock mass quality viewed in terms of tunnelling, are given mainly by the tecto- nic pattern of the gneiss massif weakened by steep tectonic faults, often filled with granitic porphyry. These structures are accompanied by zone alteration and increased inflows of ground water to the tunnel.
Excavation support is carried out in rock mass of the NATM classes 4.2 to 2.1.
More difficult support classes are connected with tectonically disturbed sections and sections passing through granitic porphyry vein bodies. Geological conditi- ons encountered in the area close to the portal were slightly more favourable than expected by the designer. On the contrary, designer's assumptions regar- ding the further excavation seem to be more optimistic compared to the geolo- gical conditions actually encountered at the face.
CONSTRUCTION ORGANISATION
The tunnel excavation is carried out downhill from the northern portal due to a difficult access to the southern portal, and with respect to the fact that the muck is to be crushed and placed into embankments in the highway section toward
Základní údaje Levý (západní) tubus Pravý (východní) tubus
Basic Data West Tunnel Tube (Left) East Tunnel Tube (Right)
Délka tubusu / Tube length 2 058 m 2 030 m
Délka ražené části
Mined part length 1 993,7 m 1 975,1 m
Délka hloubených částí
Cut-and-cover part length 64,3 m 54,9 m
Počet únikových chodeb
Escape adits number 9 9
Počet nouzových zálivů
Emergency laybys number 3 3
Podélný sklon
Longitudinal gradient 3,171 % 3,209 %
Příčný sklon
Cross gradient 2,5 % / - 4,0 % / 3,5 % 2,5 % / - 4,0 % / 3,5 %
Teoretická plocha výrubu
Theoretical excavated area 75,55 m2/ 121,0 m2 75,55 m2/ 121,0 m2
Světlá plocha
Net area 57,0 m2 57,0 m2
Tabulka 1 Základní parametry tunelu Panenská Table 1 Basic parameters of the Panenská tunnel
Realizaci tunelů dále komplikuje skutečnost, že se provádí v podmínkách hor- ského klimatu (severní portál se nachází v nadmořské výšce 630 m n. m.) a v bezprostřední blízkosti ochranného pásma vodního zdroje, což vyžaduje dokonalé předčištění důlních vod čerpaných z tunelu před vypuštěním do místní vodoteče.
RAŽBY
Práce na tunelu Panenská byly zahájeny v červenci 2003 rozšiřováním a zajiš- ťováním severní portálové stěny a jámy, ražba levého tunelu byla zahájena v září a ražba pravého tunelu o dva měsíce později téhož roku. S odstupem dalších dvou měsíců byla zahájena ražba jádra LTT a v únoru 2004 i jádra PTT.
Toto načasování představuje odstup asi 500 m mezi pracovišti na kalotách a jádrech v každém tunelu a odstup mezi LTT a PTT je asi 300 m. Souběžně s ražbou kaloty PTT probíhá ražba tunelových propojek, které jsou ve vzájem- né vzdálenosti přibližně 200 m. Tyto jsou následně používány pro kolovou dopravu mezi jednotlivými tunely.
Standardní profil tunelu je navržen jako dálniční dvoupruhý, který je po úse- cích délky asi 500 m rozšířen v délce 42 metrů na profil třípruhového odstav- ného nouzového zálivu. Zálivy se v průběhu ražeb využívají zejména k odsta- vení strojů a pro provádění běžné údržby v tunelu.
Součástí zajištění portálové stěny bylo vybudování ochranného předštítku a mikropilotového deštníku BODEX - jednalo se o zavrtání 15 m dlouhých per- forovaných ocelových pažnic o průměru 114 mm, které byly následně zainjek- továny cementovou směsí.
Ražba je úpadní, členění výrubu horizontální na kalotu a jádro a je prováděna Novou rakouskou tunelovací metodou (NRTM). Dle zastižené geologie a na základě soustavně prováděného geotechnického monitoringu firmou SG - Geotechnika jsou určovány jednotlivé technologické třídy NRTM 5 až NRTM 1.
Každé technologické třídě odpovídá délka záběru, v rozmezí od 1,0 m do 3,5 m, způsob rozpojování horniny a stupeň vyztužení a zajištění výrubu. K zajištění
the state border. Because of the contractual deadline for the works completion and the fact that the excavation will be carried out through one portal only, high advance rates are necessary (about 150 m per month), with all operations pos- sible performed in parallel (top heading and bench excavation, erection of final lining). This poses extreme challenges in terms of the construction organisati- on, its technical, and servicing background, material and human resources (about 270 workers plus roughly 30 technicians will be in action in four shifts in the phase of the peak concentration of operations).
The work on the tunnels is further complicated by the fact that it is performed in conditions of high-altitude climate (the altitude of the northern portal is of 630 m a. s. l.), and in close proximity to a water source protection zone, which requires perfect pre-purification of mine water pumped from the tunnel, before discharging to a local watercourse.
EXCAVATION
The work on the Panenská tunnel started in July 2003 by widening and suppor- ting the northern portal wall and pit. Excavation of the left tube began in Sep- tember, and the right tunnel tube heading commenced in the same year, two months later. With a delay of another two months the LTT bench excavation started, while the RTT bench excavation began in February 2004. This timing is possible with a distance of about 500 m maintained between the top heading and bench excavating crews in each tube, and the distance between the LTT and RTT about 300 m. Cross passages, designed approximately every 200 m, are excavated in parallel with the RTT top heading excavation. Subsequently the cross passages are used for rubber-tyre haulage between the two tubes.
The standard tunnel profile is designed as a highway tunnel profile with two lanes, enlarged every 500 m within a length of 42 metres to a three-lane profile containing an emergency layby. The laybys are used in the excavation phase mainly for equipment parking and routine maintenance carried out in the tunnel.
Part of the portal wall support system was a construction of a short pre-tunnel canopy structure, and the BODEX canopy tube pre-support, consisting of 15 m- Obr. 1 Přehledná situace dálnice D8, stavba 0807/II
Fig. 1 General layout of the highway D8, construction lot 0807/II
long steel pipes 114 mm in diameter, sealed in boreholes by injecting with cement grout.
The excavation is carried out downhill, with horizontal division into top heading and bench sequences, using the New Austrian Tunnelling Method (NATM). Par- ticular technological classes varying from NATM 1 to NATM 5 are determined on the basis of the geology encountered and continuous geotechnical monito- ring performed by SG - Geotechnika.
Each technological class defines a corresponding round length (ranging from 1.0 to 3.5 m), rock breaking technique and the excavation support degree. The following support elements are used depending on the geology encountered:
- steel mesh KARI 6/150 x 6/150 mm - lattice arches
- shotcrete C20/25 X0 in layers 250 to 150 mm thick, applied using the wet process; expansion shell rockbolts 4.0 or 6.0 m long, SN-anchors 4.0 or 6.0 m long with a minimum pull-out strength of 12 tons (for the sidewalls);
IBO-anchors of corresponding lengths are used in case of instability of boreholes
- pre-drilled steel needles 25 mm in diameter and 4.0 m long are used in case of the top heading instability
Obr. 2 Zajištění příportálového úseku - vrtání mikropilotového systému Bodex Fig. 2 Portal section support - drilling for the Bodex canopy tube pre-support
Obr. 3 Vrtání pro trhací práce - vrtný vůz Atlas Copco AC L2C Fig. 3 Drilling blast holes - Atlas Copco AC L2C drill rig
Obr. 5 Vzorový příčný řez ve vystrojovací třídě NRTM 3 Fig. 5 Typical cross section for the NATM support class 3
Obr. 4 Profilování výrubu pásovým tunelbagrem Liebherr LR 934 Fig. 4 Excavation profiling by Liebherr LR 934 tunnel excavator
Obr. 6 Provádění stříkaného betonu - manipulátor Aliva AL 500 a stříkací stroj AL 285 Fig. 6 Application of shotcrete - Aliva AL 500 robot and AL 285 spraying machine
Obr. 7 Montáž výztuže primárního ostění
Fig. 7 Installation of reinforcement of primary lining výrubu se v závislosti na zastižené geologii používají následující prvky pri-
márního ostění:
- výztuž z ocelových sítí KARI 6/150 x 6/150 mm - ocelové příhradové rámy
- stříkaný beton C20/25 X0 v tloušťkách od 250 do 150 mm, nanášený mokrou cestou, hydraulicky upínané svorníky dl. 4,0 m nebo 6,0 m v kalotě, v opěří kotvy typu SN dl. 4,0 m nebo 6,0 m únosnosti v tahu min. 12 tun; v případě nestability vrtů se používají IBO kotvy odpovídajících délek
- v případě nestability přístropí se používají předvrtávané ocelové jehly prům. 25 mm dl. 4,0 m
Razící práce se provádějí trhacími pracemi za použití vysoce výkonných moderních kolových mechanismů, v současné době jsou na stavbě tunelu Panenská nasazeny čtyři kompletní strojní sestavy v následujícím složení:
- dvoulafetové vrtací vozy Atlas Copco Boomer L2C
- pásové tunelové skalní bagry Liebher 934 a 932 sloužící ke strojnímu rozpojování horniny a k dočištění profilu tunelu po provedení trhacích prací - kolové nakladače Volvo L120 a L180 o velikosti lžíce 3,1 a 4,1 m3
- dumpry Volvo A 25 c 4x4 a 6x6 o velikosti korby 13,5 a 15,0 m3
- manipulátory ALIVA AL 500 s kompresorem pro aplikaci stříkaného betonu mokrou cestou
- mobilní pracovní plošiny Atlas Copco DC16 - servisní a mazací vozidlo PAUS
Jedná se o špičkový strojní park na nejmodernější technické úrovni, která ovšem znamená i vyšší zranitelnost těchto strojů. Ukazuje se, jak důležité je dokonalé zvládnutí obsluhy, údržby a servisních činností. Výsledkem je narůsta- jící tlak na vysokou kvalitu nejen techniků, ale i příslušných dělnických profesí.
DEFINITIVNÍ OSTĚNÍ
Definitivní ostění tunelu je navrženo jako monolitická železobetonová kon- strukce tloušťky 400 mm z betonu třídy C25/30 XF4, která se dělí na patky a klenbovou část; s ohledem na zastižené geologické poměry a příznivý vývoj konvergencí není uvažováno s protiklenbou.
Délka jednotlivých bloků v klenbě bude 12 m, což představuje betonáž zhruba 150 m3na jeden záběr, celkové množství betonu uloženého do definitivního ostění je cca 50 000 m3.
Součástí definitivního ostění je mezilehlá foliová PE izolace tl. 2,5 mm, která spolu s podélnou odvodňovací drenáží tvoří tzv. otevřený deštníkový hydro- izolační systém, který bude sloužit k odvádění průsakové podzemní vody.
Realizace definitivního ostění byla zahájena s odstupem asi 1000 m od čelby kaloty koncem května 2004 (v době uzávěrky tohoto čísla časopisu Tunel). Pra- covní proud sestává z úpravy povrchu pod izolaci, z instalace izolace, montáže armatury a vlastní betonáže do samohybného ocelového tunelového bednění.
ZÁVĚR
Příspěvek zachycuje stav realizace tunelu Panenská ke konci května 2004, kdy bylo ve VTT vyraženo 800 m kaloty a 400 m jádra a v ZTT 1150 m kaloty, resp.
570 m jádra. Protože větší část ražeb bude teprve prováděna, není možné pro- vést celkové hodnocení. Lze jen konstatovat, že prozatím práce probíhají bez mimořádných obtíží, samozřejmě s problémy, které způsobují úpadní ražba a značně tektonicky porušená hornina.
The drill-and-blast method was used for the rock breaking, combined with modern high-performance wheeled equipment. There are four complete equip- ment sets working on the Panenská tunnel, consisting of:
- Atlas Copco L2C twin-boom drill rigs
- crawler tracked tunnel excavators Liebherr 934 and 932 for mechanical rock breaking and clearing of the tunnel profile after blasting
- wheeled loaders Volvo L120 and L180 with 3.1 and 4.1 m3buckets - Volvo A25 c 4x4 and 6x6 dump trucks with 13.5 and 15.0 m3load capacities - ALIVA AL 500 wet mix robots with compressors for application of shotcrete - mobile platforms Atlas Copco DC16
- service and lubrication vehicle PAUS
Although, this state-of-the-art level of the fleet of tunnelling machines is also associated with a higher level of vulnerability of the machines. It can be seen how important perfect mastering of operation, maintenance and services are.
This fact translates into growing requirements for high quality of not only tech- nicians but also respective blue-collar professions.
FINAL LINING
Final lining of the tunnel is designed as a monolithic reinforced concrete struc- ture 400 mm thick, from concrete grade C25/30 XF4, divided into footing and vault parts; invert has not been considered with respect to the geological con- ditions encountered and favourable development of convergences.
Individual dilatation blocks of the vault will be 12 m long. This length represents placing of roughly 150 m3of concrete per one advance. Total volume of concre- te to be used for the final lining amounts to 50,000 m3. Part of the final lining is intermediate waterproofing membrane (PE, 2.5 mm thick) forming, together with longitudinal drainage, an open umbrella waterproofing system evacuating percolation groundwater.
The work on the final lining started at a distance of approximately 1,000 m from the top heading face in the end of May 2004. The operation flow comprises adjustment of irregularities of the surface under the waterproofing, installation of the waterproofing , placement of reinforcement and pouring concrete behind a self-propelled steel shutter.
CONCLUSION
This contribution describes the state of the Panenská tunnel construction as of the end of May 2004, when excavation of 800 m of top heading and 400 m of bench in the ETT, and 1,150 m of top heading and 570 m of bench in the ETT was completed. Since the larger part of the excavation work is still ahead, an overall assessment is impossible. The only thing that can be stated is that till now the operations have not met any extraordinary problems. Of course, pro- blems existed due to the downhill excavation system and considerable tectonic faulting of the rock mass.
ÚVOD
Stříkaný beton je používán v České republice ve velkých objemech jako domi- nantní konstrukční hmota primárního ostění dopravních tunelů. Díky snaze o rychlé dobudování dopravní infrastruktury do podoby, která by zaručila relativ- ně rychlý a uživatelsky výhodný průjezd železniční i silniční dopravy Českou republikou v rámci nové konfigurace Evropské unie, došlo k výraznému rozma- chu výstavby dopravních tunelových děl. Tím vznikla potřeba pokrytí nových pro- jektů značného rozsahu s vyššími nároky na kapacitu všech partnerů vstupujících do výstavby. Zatímco vazba zhotovitele tunelů na předchozí stavby podobného významu je vyžadována a bez odbornosti klíčových pracovníků v oblasti pod- zemního stavitelství ani není možná, u investora a projektanta muselo dojít k posunu na nové organizace s pracovníky, kteří neměli do té doby s realizací tunelů žádné osobní zkušenosti. Tak zákonitě došlo k výskytu krajních extrémů - nedostatečné či nevhodné specifikaci vlastností stříkaného betonu v rámci doku- mentace pro zadání stavby či neúměrným požadavkům na četnost nebo zaměře- ní kontrolních zkoušek vzhledem k relativně krátké (dočasné) konstrukční funkci primárního ostění tunelů. Obě uvedené odchylky nejsou žádoucí a mohou způ- sobit při rozdílných výkladech neporozumění při jednáních, prodloužení realizač- ní lhůty či zvýšení ceny za zajištění líce výrubu betonovým ostěním. V dalším textu jsou uvedeny údaje, které mohou poskytnout základní informace o pojetí problematiky stříkaného betonu jako součásti nosných podzemních případně pří- portálových konstrukcí tunelů.
ÚLOHA STŘÍKANÉHO BETONU U DVOUPLÁŠŤOVÉHO OSTĚNÍ
Stříkaný beton je u odborné technické veřejnosti již zažitým pojmem souvisejí- cím neoddělitelně s výstavbou tunelů moderními metodami využívajícími jeho rychlý náběh tuhnutí a tvrdnutí. Nastříkaná betonová vrstva spolu s dalšími pod- půrnými prvky se jeví pro stabilizaci líce výrubu podzemní stavby jako ideální konstrukce, neboť ve velmi krátkém čase řádu několika minut vytváří reakční oporu na kontaktu s horninou a zabraňuje jejímu dalšímu rozvolňování. Přes rychlý náběh pevnosti stříkaného betonu a jí odpovídající nárůst modulu pře- tvárnosti proběhnou v raném stadiu zatěžování plastické deformace bez zjevné- ho porušení struktury stříkaného betonu. Deformací vrstvy stříkaného betonu dochází k přerozdělení napjatosti, které se projevuje omezením lokálních horni- nových tlaků ve prospěch rovnoměrného obvodového zatížení. Výsledkem je relativně subtilní konstrukce v relaci k vyraženému příčnému průřezu tunelu či štoly. Vhodný tvar ostění v kombinaci s příhradovými výztužnými rámy, ocelo- vými sítěmi a systémově osazovanými kotvami umožňuje využívat samonos- ných vlastností horninového masivu a stabilizovat výrub až do doby vybudová- ní definitivního ostění dimenzovaného na předpokládané zatěžovací a provozní stavy po dobu projektované životnosti podzemního díla.
Značná pestrost geologických podmínek v různých lokalitách ve vztahu k příč- ným průřezům podzemních staveb vyžaduje provádění geotechnického monito- ringu, který zahrnuje jak vyhodnocování zastižených horninových poměrů, tak obsahuje celou řadu měření, především měření deformačních. Podle těchto měření na líci primárního ostění ze stříkaného betonu lze usuzovat na velikost i časové působení zatížení od okolního horninového masivu. Podstatnou sou- částí moderních tunelářských metod je tedy operativní vyhodnocování monito- ringem zaznamenaných deformačních tendencí i dalších průběžně získávaných výsledků s možností provádění bezprostředních opatření vedoucích k zesílení či naopak k vyšší úspornosti konstrukce ze stříkaného betonu.
VLASTNOSTI STŘÍKANÉHO BETONU V OSTĚNÍ TUNELU
Aplikace stříkaného betonu je umožněna jeho nanášením v proudu stlačeného vzduchu. Mezi částice betonové hmoty je průběžně pod tlakem dopravován vzduch, který spolurozhoduje o dosažitelné hutnosti, pevnosti, odolnosti i dal- ších souvisejících vlastnostech stříkaného betonu. Je zde patrný zásadní rozdíl oproti standardnímu betonu, kdy obsah vzduchu je až na výjimky co nejvíce minimalizován přísadami a technologií zpracování.
Základním a nejdůležitějším parametrem pro konstrukční stříkaný beton v oblas- ti podzemních staveb je již zmíněný rychlý náběh tuhnutí a tvrdnutí nastříkané betonové hmoty. Nárůst tuhnutí a počáteční pevnosti musí splňovat dvě techno- logická kritéria. Jednak musí zajišťovat stabilizační účinky na líci horniny již při malé nastříkané vrstvě do tloušťky cca 5 cm a současně musí umožňovat nástřik dostatečné konstrukční tloušťky najednou nanášené vrstvy na převislých plo- chách výrubu (stříkání do klenby) zpravidla až do tloušťky 15 cm.
Podobně jako u monolitických betonů je vyhodnocována pevnost v tlaku po 28 dnech. Tím je vytvořen předpoklad pro srovnání vlastností stříkaných i stan- dardně prováděných betonů. Hodnota modulu přetvárnosti v relaci s dosaho- vanou pevností je jedním z podkladů pro statický výpočet primárního ostění.
Tloušťka konstrukce je posuzována ze statického hlediska ještě podle ekono- micky dosažitelné pevnosti stříkaného betonu. Uvedený pojem pevnosti by měl
INTRODUCTION
Large volumes of sprayed concrete are used in the Czech Republic as a dominating construction material for primary lining of traffic tunnels. Construction of traffic tun- nels has experienced a boom owing to the efforts to finish the traffic infrastructure development as fast as possible so that relatively quick and user-advantageous pas- sage of railway and road traffic through the Czech Republic in the new configurati- on of the EU is possible. This development has been associated with a need for implementing new projects of significant magnitudes, more demanding in terms of capacities of all parties participating in the construction process. While a linkage of tunnel building companies to previous completed projects of similar importance is required (such projects could not be completed without expertise of key personnel in the field of underground construction), a shift had to be accepted regarding owners and consulting/designing companies, i. e. new firms employing personnel lacking any experience in the field of tunnel construction. Obviously, this condition resulted in occurrence of extremes, i. e. insufficient or improper sprayed concrete specifications in tender documents, or exaggerated requirements for frequency or objectives of checking tests with respect to the relatively short (temporary) structu- ral function of primary lining in tunnels. Both above-mentioned deviations are undesired. If those issues are understood differently in meetings, they can become a reason for extension of construction times or increase in the cost of the excavati- on face support using sprayed concrete. The text below contains data that can pro- vide basic information on the conception of issues of sprayed concrete used as part of load bearing tunnel structures in the underground or in portal areas.
ROLE OF SPRAYED CONCRETE IN DOUBLE-SHELL LINING
Sprayed concrete has become a common term among technical professionals. It is inseparably associated with modern tunnel construction methods using its pro- perty of rapid development of setting and hardening. A layer of sprayed concre- te, together with other supporting elements, is considered an ideal structure for stabilisation of an underground opening surface, as it forms a reaction support at the contact with the rock mass and prevents further deterioration of the rock mass. Despite rapid development of sprayed concrete strength and correspon- ding development of the deformation modulus, plastic deformations take place in the early stage of loading, without visible breaking of the sprayed concrete struc- ture. The stress redistributes due to the deformation of the sprayed concrete layer.
The redistribution translates into limitation of local rock pressures for the benefit of the uniform circumferential loading. A relatively subtle structure is the result, compared to the tunnel or gallery excavated cross-section. Proper geometry of the lining combined with lattice girders, steel mesh and systematically installed anchors allow exploitation of self-supporting properties of the rock mass, and sta- bilisation of the excavated opening until the final liner is erected (having dimen- sions designed for loading and operational states assumed for the design life of the underground structure.
A considerable variety of geological conditions within different locations in relati- on to the cross sections of underground structures requires execution of geo- technical monitoring, which encompasses both assessment of rock conditions encountered and a number of measurements, deformation measurements above all. The magnitude and time development of the loads can be deduced from those measurements, being carried out on the surface of the sprayed concrete primary lining. Therefore, significant part of modern tunnelling methods is an operative assessment of deformation tendencies recorded by the monitoring, and assess- ment of other continually collected results, with a possibility of immediate imple- mentation of measures leading to reinforcement or, conversely, improvement of the sprayed concrete structure economy.
PROPERTIES OF SPRAYED CONCRETE IN TUNNEL LINING
The application of sprayed concrete is possible by spreading it in a stream of com- pressed air. Pressurised air is continuously supplied among particles of concrete matrix. This air participates in deciding on the achievable density, strength, resisti- bility and other related properties of sprayed concrete. There is a basic difference visible compared to traditional concrete, where, apart from exceptions, the air con- tent is minimised using admixtures and specific processing techniques.
The basic and most important parameter for structural sprayed concrete used in the field of underground construction is the above-mentioned rapid development of setting and hardening of concrete matrix early after application. The rate of growth of setting and initial strength must meet two technological criteria. It must ensure stabilisation effects on the rock face already at a thin applied layer (up to about 5 cm thickness), and, in the same time, it must allow application of sufficient thickness of concrete layer on above-head surfaces (e.g. the vault crown), usually up to 15 cm.
Similarly to cast-in-situ concretes, the compressive strength is assessed after 28 days. This allows comparison of properties of sprayed concretes and traditionally cast concretes. The value of the deformation modulus in relation to the strength achieved is one of the data used for structural calculation of primary lining. In addi-
STŘÍKANÝ BETON PŘI VÝSTAVBĚ DOPRAVNÍCH TUNELŮ SPRAYED CONCRETE IN TRAFFIC TUNNEL CONSTRUCTION
ING. PAVEL POLÁK, METROSTAV, a. s. – DIVIZE 5, ING. VLADIMÍR MIKA, BETON BOHEMIA, s. r. o.
zahrnout možné negativní vlivy lidského faktoru především při jeho nanášení.
Při provádění jsou zatím standardně využívány pevnostní třídy C 16/20 (SB 20) a C 20/25 (SB 25).
Další vlastnosti stříkaného betonu nejsou u primárních ostění zpravidla sledo- vány, neboť se jedná o konstrukci s dočasnou statickou funkcí, jejíž úloha končí po vybetonování definitivního monolitického ostění. Cílem tedy je zřízení co nej- levnější nosné konstrukce, která je u převládajících dvouplášťových ostění plně staticky nahrazena definitivním monolitickým ostěním zpravidla v době do jed- noho roku po jejím nanesení a je díky osazení mezilehlé foliové izolace "oběto- vána" možným účinkům podzemní vody.
RECEPTURA, VÝROBA BETONOVÉ SMĚSI PRO NÁSTŘIK A ZKOUŠKY
Materiálové složení stříkaného betonu musí být plně přizpůsobeno technologii provádění, náběhu pevnosti i pevnosti po 28 dnech. Vzhledem k potřebným rychlým náběhům tuhnutí i pevnosti betonu v tlaku je v našich podmínkách nej- častější využití portlandských cementů vyšších pevností, tj. nejméně třídy CEM I 42,5 R v dávkování 400 až 450 kg na 1 m3namíchané směsi.
Aby byla dosažena co možná nejnižší cena, je nutné při návrhu receptury vychá- zet ze složek kameniva běžně na betonárnách dostupných a zatížených co možná nejnižšími dopravními náklady, které zpravidla jsou podstatnou položkou z nákladové ceny kameniva. V případě suché aplikace stříkaného betonu je pod- statně vhodnější používání frakcí přírodního nedrceného kameniva, které nezpů- sobuje tak vysoké opotřebení těsnění, hadic i trysek. Doporučené pásmo čáry zrnitosti je uvedeno na str. 9 lit. [2], přičemž pro kamenivo domácí provenience nelze zpravidla vyhovět stanovenému obsahu jemných částic do velikosti 0,5 mm. Frakce používaného kameniva jsou vymezeny horní hranicí síta 11,2 mm zejména vzhledem ke stříkání na armaturu sestávající ze sítí a výztužných pří- hradových rámů. Větší zrna kameniva by mohla při nástřiku způsobovat defor- maci slabších průřezů sítí a vyvolávat jejich výrazné vibrace. Jejich použití je rovněž nepřijatelné zejména pro značnou nebezpečnost pro členy pracovní osádky při jejich odrazu.
Při mokrém způsobu provádění stříkaného betonu řídkým či hutným proudem je nutné při míchání betonové směsi přidávat kromě vody rovněž vysoce účin- ný plastifikátor snižující vodní součinitel a umožňující tím zvýšení reaktivnosti urychlující přísady.
V případě používání pro technologii stříkání vhodných modifikovaných čerpadel na beton (doprava betonu k trysce hutným proudem) je možné doplnit receptu- ru o příměsi zlepšující čerpatelnost směsi obdobně jako u standardních betonů (nejčastěji popílek).
Nezastupitelnou složkou stvrzující odlišnost stříkaných betonů od betonů mono- litických je přísada urychlující tuhnutí a tvrdnutí. V českých zemích se používají tekuté přísady přidávané v trysce do vzduchem unášeného proudu betonu. Dáv- kují se přesnými dávkovacími zařízeními v relaci na nastavený výkon čerpadla na beton (mokrý způsob) či výkon použitého stříkacího stroje (suchý způsob).
Pro stříkání do klenby tunelu se hmotnost urychlující přísady k hmotnosti trys- kou protékajícího cementu může zvyšovat až do hodnoty 8 %.
Specifikaci receptury stříkaného betonu by měl stanovit zhotovitel stavby tunelu v úzké spolupráci s pracovníkem laboratoře, který vyhodnocoval průkazní a běžné kontrolní zkoušky na předchozích tunelových stavbách. Ve specifikaci by měly být zahrnuty poznatky z předchozích aplikací, způsob nanášení (suchá či mokrá cesta), odlišnosti ve složení betonové směsi vzhledem k použitým strojům a nastavení jejich výkonu (stříkací stroj, čerpadlo na beton) a zohledněna účin- nost a dávkování přísad (plastifikační a urychlující přísada) zejména s ohledem na aktuální teplotu vzduchu i vstupní teplotu betonové směsi.
Pro usnadnění specifikace receptury stříkaného betonu jsou dále uvedeny dvě receptury používané na stavbách liniových podzemních staveb umožňující po nástřiku dosažení pevnosti 25 MPa (SB 25 - C 20/25). Receptury jsou uvedeny pouze pro základní orientaci - každé nové použití nenavazující bezprostředně na probíhající aplikaci vyžaduje za jiných vstupních podmínek provedení průkaz- ních zkoušek. Stanovení receptury na nové stavbě by mělo být provedeno pra- covníkem majícím předchozí zkušenosti s odlaďováním poměru jednotlivých složek betonové směsi z hlediska použitých strojů i s ohledem na vlastnosti kameniva z použitelných lokalit.
Betonová směs pro nástřik suchou cestou na 1 m3:
Cement CEM I 42,5 R 440 kg
Kamenivo 0-8 mm 1090 kg
Kamenivo 4-8 mm 480 kg
Roztok urychlující přísady s vodou, přidávaný do trysky cca 190 kg Urychlující přísada Prestix nebo Ekosal nebo Fastex 6 až 8 % k váze cementu Betonová směs pro nástřik mokrou cestou na 1 m3:
Cement CEM I 42,5 R 430 kg
Kamenivo 0-4 mm 1025 kg
Kamenivo 4-8 mm 645 kg
Plastifikátor ViscoCrete 5 SB 4 kg
Voda cca 175 kg
Urychlující přísada Sigunit 53 AF 5,5 až 8 % k váze cementu Zkoušky tuhnutí a počáteční pevnosti do hodnoty 1 MPa jsou prováděny pene- trační jehlou. Pevnosti od hodnoty 3 MPa do 17 Mpa jsou zjišťovány přístrojem Hilti-Tester 4, kterým se vytahují hřeby definovaných rozměrů nastřelené do vzorků pistolí Hilti DX 450 L se zelenými nábojkami. Pevnosti stříkaného betonu ve stáří 3 a 28 dní se přednostně kontrolují na vývrtech průměru 10 cm odebra-
tion, the structure thickness is assessed, from structural point of view, according to economically attainable strength of the sprayed concrete. The above-mentioned term for strength should encompass possible negative effects due to the human factor, taking place during the spraying phase above all. Strength classes C 16/20 (SC 20) and C 20/25 (SC 25) have been used for spraying as a standard till now.
Other properties of sprayed concrete are not usually followed in case of the pri- mary lining application, as this is a structure having a temporary structural func- tion; its role is over once the final lining has been cast. Therefore, in the cases of prevailing double-shell liners, the objective is to build temporary load bearing structures as cheap as possible, to be fully replaced (in structural terms) by the final cast-in-situ lining, carried out usually within a one-year period after the sprayed concrete layer application. Due to the installation of intermediate waterproofing membrane, this layer is eventually sacrificed to the possible groundwater effects.
FORMULA, PRODUCTION OF CONCRETE MIX FOR SPRAYING AND TESTING
Material composition of sprayed concrete must be fully adapted for the applicati- on technology, initial strength build-up, and strength at 28 days. Because of the need for rapid development of setting and compressive strength build-up, higher strength portland cements are the most frequently used, i. e. classes CEM I 42.5 R, with doses of 400 to 450 kg per 1 m3of concrete mix.
To achieve the lowest possible cost, it is necessary to use aggregates available commonly in batching plants, i. e. aggregates burdened by the lowest transpor- tation expenses, which are usually a substantial item of the cost price. In case of dry mix application technique it is much more suitable to use natural uncrushed aggregates, which do not cause so intensive wear of the sealing, hoses and jets.
Recommended range for the grading curve is stated on page 9 Ref. [2] (the spe- cified content of fine particles of the size up to 0.5 mm is usually hard to be main- tained in case of domestic provenience aggregates). Fractions of grain-size of the aggregates used are determined by the 11.2 mm upper limit for the sizing scre- ens, namely with respect to spraying on reinforcement consisting of steel mesh and lattice girders. Larger grains of the aggregates could cause deformation of thinner bars and generate significant vibrations of the reinforcement. Their utili- sation is also unacceptable because of posing considerable danger to the crew members due to the rebound.
If the wet process is applied using a thin or dense stream, it is necessary to ad a highly efficient water reducer apart from water when the concrete is being mixed, to reduce the cement-water ratio, thus to allow increasing of the accele- rator reactivity.
When modified concrete pumps suitable for the shotcrete application are used (dense stream of concrete passing through the nozzle), the concrete formula can be adjusted by adding admixtures improving pumpability of the concrete mix (most often fly ash), similarly to traditional concretes.
Irreplaceable component, confirming the difference of sprayed concretes and cast-in-situ concretes, is the admixture accelerating the process of setting and har- dening. Liquid accelerators added at the nozzle to the by-air-carried concrete stre- am are used in Czech regions. They are dosed by precise dosing units, in relati- on to the pre-set output of the concrete pump (wet process) or the output of the concrete sprayer used (dry process). For concrete application on a tunnel vault crown, the ratio of the accelerator weight to the weight of cement flowing through the nozzle can increase up to a value of 8 %.
The sprayed concrete mix formula should be specified by the tunnelling contrac- tor in close co-operation with the laboratory worker who assessed the results of preliminary demonstration tests and common check tests for previous tunnelling projects. The specification should take into consideration the knowledge gained from previous applications, the application technique (wet or dry process), diffe- rences in the concrete mix composition with respect to the equipment used and set outputs (concrete sprayer, concrete pump) and efficiency and dosing of admixtu- res (plasticising and accelerating admixtures), namely with respect to actual ambi- ent temperature and initial temperature of the concrete mix.
To make the specification of the sprayed concrete formula easier, there are 2 for- mulas presented below, which are used in construction of underground linear structures. These formulas allow strength of 25 MPa to be achieved after the sprayed concrete application (SC 25 - C 20/25). They are presented for the purpo- se of basic orientation only; any new application that does not link directly to an application being just in progress requires, if the conditions are different, executi- on of pre-construction tests. A formula for a new project should be developed by a person having previous experience in adjusting the ratios of individual concre- te mix components with respect to the equipment to be used and to properties of aggregates supplied from the sources available.
Concrete mix for an application using the wet process (per 1 m3)
Cement CEM I 42.5 R 440 kg
Aggregate 0-8 mm 1090 kg
Aggregate 4-8 mm 480 kg
Solution of accelerating admixture with water (added at the nozzle) about 190 kg Accelerating admixture Prestix or Ekosal or Fastex 6 to 8 % of cement weight Concrete mix for an application using the dry process (per 1 m3)
Cement CEM I 42.5 R 430 kg
Aggregate 0-8 mm 1025 kg
Aggregate 4-8 mm 645 kg
Water reducer ViscoCrete 5 SB 4 kg
Water about 175 kg
Accelerating admixture Sigunit 53 AF 5.5 to 8 % to cement weight
